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二行程引擎驅氣過程模擬分析

為了解決Suzuki 機車 油耗的問題，作者蔡茲涵 這樣論述：

本文主要目的是透過CFD模擬分析二行程引擎的驅氣過程，研究驅氣道的驅氣角度、驅氣口位置對氣缸內氣體殘留狀況的影響，探討二行程引擎在不同進氣速度與角度下對驅氣效果的影響，亦透過理論模式的研究計算，探討本文模擬結果與何種理論模式較為相似。驅氣過程是指新鮮油氣將上個循環的已燃氣體驅離氣缸的過程，是二行程引擎最重要的過程，會直接影響到二行程引擎的燃燒穩定性與汙染排放。驅氣過程中主要有三種現象，分別是置換(displacement)，混合(mixing)，與短路(short circuit)。在真實二行程引擎的驅氣過程中，這三種現象都會發生，但發生的比例則與驅氣道和排氣埠的設計有關，也與引擎轉速和負載

有關。而驅氣模式就是要找出這三種現象的正確比例，使模擬過程可以接近實際的驅氣過程。驅氣模式中有兩個主要參數，分別為置換率和驅氣效率。置換率是指氣缸內的已燃氣體被新鮮油氣置換的比率。置換率越高，代表驅氣效果越好，氣缸內新鮮油氣比例高，有助於燃燒。驅氣效率是指從驅氣口流進的新氣中，留在氣缸的比例。驅氣效率越高，代表新鮮油氣短路的量越少，引擎排氣中未燃碳氫化合物(UHC)的比例會越低，油耗也會減少。本文以CFD進行二行程引擎的驅氣過程模擬分析，模擬的引擎為HONDA CR85引擎，引擎的操作本條件為6000rpm全負載，改變的參數有固定入口速度(24.65m/s)及隨時間變化的入口速度，不同進氣角度

、不同驅氣口位置、不同轉速與不同負載。本文同時以七個理論模式來分析驅氣過程，，每一個模式都會根據不同假設來推導出置換率和驅氣效率的變化。這七個驅氣模式分別為完全置換模式、完全混合模式、完全短路與完全置換模式、Benson模式、Dang/Wallace模式、Maekawa模式和Benson/Badham模式。CFD模擬分析結果顯示，在相同負載，不同轉速下，氣缸驅氣過程置換率和驅氣效率趨勢皆相同。在相同轉速不同負載下，氣缸驅氣過程置換率和驅氣效率趨勢相同。驅氣口位置的改變會影響置換率和驅氣效率，驅氣口位置往上移動或往下移動，對置換率和驅氣效率的值變化不大，但若將兩側驅氣口往中間靠近，因為中間為驅氣

盲區，因此將驅氣口靠近驅氣盲區移動，可以減少驅氣盲區的產生，增加新氣體進入氣缸擾動的位置，進而提高氣缸氣體置換的比例。 在CFD進模擬分析與理論模式分析結果的比較方面，本研究發現在各種不同的理論模式中，根據計算結果，6000rpm負載100%與驅氣口位置的結果與Benson/Badham模式的驅氣過程較為相似，改變進氣角度的結果與Benson模式的驅氣過程較為相似。